題目
Problem
4. Find the maximum value of f(x)=x21(1−x)3 on the closed interval [0,1].
解答
解法一:閉區間極值判定法
思路
展開
- 本題欲在閉區間 [0,1] 上尋找連續函數的絕對最大值,可利用閉區間法 (Closed Interval Method):
- 找出開區間 (0,1) 內的所有臨界點(使 f′(x)=0 或 f′(x) 不存在的點)。
- 計算端點 x=0,x=1 處的函數值。
- 比較這些臨界點與端點處的函數值,其中最大者即為絕對最大值。
- 對於 f(x)=x1/2(1−x)3 進行求導,並令其為零來尋找臨界點。
答題過程
展開
第一步:尋找開區間 (0,1) 內的臨界點
對 f(x)=x1/2(1−x)3 使用乘積法則與連鎖律求導:
f′(x)=21x−1/2(1−x)3+x1/2⋅3(1−x)2(−1)
為了便於因式分解,提取公因式 x−1/2(1−x)2:
f′(x)=x−1/2(1−x)2[21(1−x)−3x]=x−1/2(1−x)2(21−27x)=2x(1−x)2(1−7x)
令 f′(x)=0 且考慮 x∈(0,1):
- 1−x=0⟹x=1(此為區間端點)。
- 1−7x=0⟹x=71(位於開區間 (0,1) 內)。
另外,當 x=0 時, f′(x) 不存在(此為區間左端點)。
因此,開區間 (0,1) 內唯一的臨界點為 x=71。
第二步:計算並比較臨界點與端點處的函數值
-
端點處:
f(0)=01/2(1−0)3=0
f(1)=11/2(1−1)3=0
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臨界點處:
f(71)=(71)1/2(1−71)3=71(76)3=3437216
將分母有理化:
f(71)=343⋅72167=24012167
第三步:比較極值
由於 24012167>0,經由比較可知,絕對最大值發生於 x=71 處,其最大值為 24012167。
故最大值為 24012167。